Blogue PCB - Analyse et contrôle des conversations croisées dans la conception des PCB à grande vitesse

Dans le développement rapide d'aujourd'hui PCB board Domaine de conception, La grande vitesse et la miniaturisation sont devenues une tendance. Comment maintenir et améliorer la vitesse et les performances du système, tout en réduisant la taille du système électronique, est devenu un problème important pour les concepteurs. La technologie EDA a mis au point un ensemble complet d'outils et de méthodes d'analyse de la conception pour les PCB à grande vitesse et les systèmes au niveau des panneaux., Ces techniques couvrent tous les aspects de l'analyse de la conception des circuits à grande vitesse: analyse de séries chronologiques statiques, Analyse de l'intégrité du signal, Interférence électromagnétique/Conception de la compatibilité électromagnétique, Analyse du rebond au sol, Analyse de puissance, Et routeurs à grande vitesse. En même temps, Il comprend également la vérification de l'intégrité du signal et la signature., Détection de l'espace de conception, Planification de l'interconnexion, Synthèse des interconnexions soumises aux règles électriques, L'introduction de méthodes techniques telles que le système offre également la possibilité de résoudre efficacement et mieux le problème de l'intégrité du signal.. Par ici., Nous discuterons de la méthode et du contrôle de l'analyse des échanges de signaux dans le problème de l'intégrité des signaux..

1. Mécanisme de génération du signal de crosstalk

Crosstalk signifie que lorsque le signal est téléchargé dans le canal de transmission, en raison du couplage électromagnétique, il a un effet indésirable sur la ligne de transmission adjacente et injecte une certaine tension de couplage et un certain courant de couplage dans le signal perturbé. Un trop grand nombre de conversations croisées peut déclencher une erreur de circuit qui pourrait empêcher le système de fonctionner correctement. Dans le circuit illustré à la figure 1, la porte entre ab est appelée ligne d'attaque et la porte entre CD est appelée ligne de victimisation. Tant que l'attaquant change d'état, nous pouvons observer les échanges d'impulsions de la victime. La transmission du signal sur le canal de transmission produit deux types différents de signaux sonores sur les lignes de transmission adjacentes: les signaux couplés capacitifs et les signaux couplés inductifs. Le couplage capacitif est une interférence électromagnétique causée par un changement de tension (vs) à la source d'interférence (envahisseur) sur l'objet perturbé (victime), ce qui entraîne un courant induit (i) à travers la capacité mutuelle cm, tandis que le couplage inductif est causé par la source d'interférence. Le champ magnétique généré par la variation du courant (IS) provoque une interférence électromagnétique causée par la tension induite (v) sur l'objet interférent par inductance mutuelle (LM).

2. Influence du courant sur le crosstalk

Le crosstalk est directionnel et sa forme d'onde est fonction de la direction du courant. Ici, nous regardons la simulation du signal dans les deux cas. Dans le premier cas, l'écran métallique source d'interférence et l'écran métallique objet d'interférence ont la même direction de courant. Dans le deuxième cas, la direction du courant de l'écran métallique de la source d'interférence est opposée à celle de l'écran métallique de l'objet perturbé (c. - à - D. que l'un au point B est la source d'entraînement et l'autre au point a est la source d'entraînement. Le point est la charge). Des signaux de 20 MHz ont été ajoutés aux réseaux AB et CD. Les résultats de la simulation montrent que lorsque la direction du courant est opposée, la valeur de crête de crosstalk à distance (357,6mm) est supérieure à celle de crosstalk à distance (260,5mm) Lorsque la direction du courant est la même. En même temps, comme le montre la figure 4, lorsque le courant de la source d'interférence change, la polarité de crosstalk de la source d'interférence change également. Cela indique que l'amplitude et la polarité du Crosstalk sont liées au courant du signal sur la source d'interférence correspondante. Le Crosstalk à distance au point d est généralement plus grand que le crosstalk à proximité du point c. par conséquent, dans la suppression du Crosstalk, le crosstalk à distance au point d est souvent utilisé comme facteur clé pour vérifier la tension de crosstalk de crête du réseau de ligne.

3. Fréquence de la source du signal et taux de retournement du bord

Plus la fréquence du signal d'interférence est élevée, plus l'amplitude de la conversation croisée sur l'objet d'interférence est grande. Nous simulons le crosstalk sur l'objet perturbé lorsque la fréquence du signal F1 sur le réseau d'interférence ab dans la figure 1 prend différentes valeurs de fréquence. Pour les formes d'onde de Crosstalk avec des fréquences de signal différentes, les fréquences indiquées par les flèches marquées "1" et "2" sont respectivement "500 MHz" et "100 MHz". Les résultats de la simulation montrent que la tension de crosstalk est directement proportionnelle à la fréquence du signal de la source d'interférence. Lorsque la fréquence de la source d'interférence est supérieure à 100 MHz, les mesures nécessaires doivent être prises pour supprimer le crosstalk. En même temps, comme le montre la figure 5, lorsque la fréquence de la source d'interférence atteint 500 MHz, il est évident que le crosstalk près du point d'extrémité C de l'objet interféré est plus grand que le crosstalk loin du point d, ce qui indique que le couplage capacitif a dépassé le couplage inductif et est devenu le principal facteur d'interférence. Dans ce cas, il est important non seulement de bien gérer les conversations croisées à distance, mais aussi de faire attention aux conversations croisées à proximité qui sont souvent négligées. De plus, analysons un autre facteur qui a une grande influence sur le crosstalk, le taux de retournement de bord du signal. Edge) a plus d'influence sur Crosstalk, plus le changement de Edge est rapide, plus le crosstalk est grand. Étant donné que les dispositifs à grande vitesse d'inversion de bord sont de plus en plus utilisés dans la conception de circuits numériques modernes à grande vitesse, même si la fréquence du signal de ces dispositifs n'est pas élevée, le câblage doit être effectué avec soin afin d'éviter des échanges excessifs.

4. Influence de l'espacement des lignes P et de la longueur parallèle l sur la taille des conversations croisées

Détecter les échanges d'objets à interférer (marqués "1") avec la même distance et la même longueur parallèle entre les deux lignes; Dans le deuxième cas, la distance entre les deux lignes est portée à 10 mils à condition que la longueur parallèle des deux lignes soit constante. Ensuite, la marque de crosstalk "2" de l'objet perturbé est détectée; Le troisième cas est d'augmenter la longueur parallèle des deux lignes à 2,6 pouces de la marque "3" avec la même distance entre les deux lignes, puis de détecter le crosstalk de l'objet perturbé. Les résultats de la simulation montrent que le crosstalk diminue significativement lorsque la distance entre les deux lignes augmente (P passe de 5mils à 10mils) et augmente significativement lorsque la longueur parallèle des deux lignes augmente (l passe de 1,3po à 2,6po). On peut voir que l'amplitude de la tension de crosstalk est inversement proportionnelle à la distance entre les deux lignes et directement proportionnelle à la longueur parallèle des deux lignes, mais qu'elle n'est pas entièrement multiple. Lorsque l'espace de câblage est petit ou que la densité de câblage est élevée, lorsque le câblage est effectué dans un circuit à grande vitesse réel, afin d'éviter les échanges entre les lignes de signal à haute fréquence et les lignes de signal adjacentes, cela peut entraîner un déclenchement incorrect du niveau de la porte, et les ressources de câblage sont autorisées dans certaines conditions. L'espacement des lignes, à l'exception des lignes différentielles, doit être ouvert aussi près que possible et la longueur parallèle de deux lignes de signal ou plus doit être réduite. Cela permet non seulement d'économiser des ressources de câblage limitées, mais aussi de supprimer efficacement les conversations croisées.

5. Influence du niveau du sol sur le crosstalk

Les PCB multicouches comprennent généralement plusieurs couches de signal et plusieurs couches de puissance, et plusieurs couches de signal et couches de puissance sont empilées pour former une ligne de transmission Microstrip standard et une ligne de transmission de bande. Habituellement, il y a un plan d'alimentation près de la ligne de transmission Microstrip et de la ligne de transmission ruban, et les couches de signal et d'alimentation correspondantes sont remplies de diélectriques. L'épaisseur de la couche diélectrique est un facteur important qui influence l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. L'impédance caractéristique de la ligne de transmission devient plus grande à mesure qu'elle devient épaisse et plus petite à mesure qu'elle devient mince. L'épaisseur de la couche diélectrique entre la ligne de transmission et le sol a une grande influence sur le crosstalk. Pour la même structure de câblage, le crosstalk augmente considérablement lorsque l'épaisseur de la couche diélectrique est doublée. En même temps, pour la même épaisseur de couche diélectrique, le crosstalk de la ligne de transmission de bande est inférieur au Crosstalk de la ligne de transmission Microstrip. On peut voir que l'influence du niveau du sol sur les lignes de transmission de différentes structures est également différente. Par conséquent, dans le câblage à grande vitesse des PCB, l'utilisation d'une ligne de transmission en bande permet une meilleure suppression des conversations croisées que l'utilisation d'une transmission Microstrip.

6. Contrôle des échanges

Il est impossible d'éliminer les conversations croisées, Nous ne pouvons contrôler les conversations croisées que dans des limites tolérables. Donc,, we can take the following measures when designing the PCB: 1) If the wiring space allows, increase the distance between the lines; 2) When counting the layers, Réduire la distance entre la couche de signal et la couche de mise à la terre lorsque les exigences en matière d'impédance sont respectées. 3) Design key high-speed signals as differential line pairs, such as high-speed system clocks; 4) If two signal layers are adjacent, Routage Orthogonal pour réduire le nombre de couches entre les couches. Coupling; 5) Design high-speed signal lines as strip lines or embedded microstrip lines; 6) When routing, Réduire la longueur des lignes parallèles, and can route in jog mode; 7) In the case of meeting system design requirements, Essayez d'utiliser un appareil à basse vitesse sur PCB board.